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KR20120004194A - 액정 표시 패널 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 패널 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20120004194A
KR20120004194A KR1020100064920A KR20100064920A KR20120004194A KR 20120004194 A KR20120004194 A KR 20120004194A KR 1020100064920 A KR1020100064920 A KR 1020100064920A KR 20100064920 A KR20100064920 A KR 20100064920A KR 20120004194 A KR20120004194 A KR 20120004194A
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KR
South Korea
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electrode
liquid crystal
pixel
layer
protrusion pattern
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KR1020100064920A
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English (en)
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임동훈
김민우
김일남
김재경
박원상
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삼성모바일디스플레이주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 개구율의 감소 없이 고해상도를 구현할 수 있는 액정 표시 패널 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널은 기판, 상기 기판 상에서 화소 영역에 위치하는 유지 전극 및 상기 화소 영역의 주위에 위치하고, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 격자 형태로 형성되며, 상기 유지 전극과 연결되는 불투명 배선을 포함한다. 또한, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 투명 전극 및 상기 불투명 배선과 절연되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 게이트 배선, 제2 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 배선과 절연되며, 상기 제2 방향으로 연장되는 데이터 배선, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되는 박막 트랜지스터, 및 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소전극을 포함한다. 이 때, 상기 유지 전극은 투명 도전성 물질을 포함하고, 상기 불투명 배선은 상기 투명 도전성 물질보다 전기 저항이 낮은 도전성 물질을 포함한다.

Description

액정 표시 패널 및 그 제조 방법 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL AND FABRICATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 액정 표시 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고해상도를 구현할 수 있는 액정 표시 패널 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 소형화, 경량화 및 저전력화 등이 가능한 특징으로 인해, 핸드폰, 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant, PDA) 및 휴대용 멀티미디어 재생장치(Portable Multimedia Player, PMP) 등과 같은 소형 제품에 널리 사용되고 있다.
액정 표시 장치는 화상 데이터를 액정의 광학적 성질을 이용하여 표시하는 액정 표시 패널, 이를 구동하기 위한 구동 회로가 형성된 인쇄회로기판, 화면 표시를 위하여 광원을 포함하는 백라이트 어셈블리(back-light assembly) 및 이를 수용하는 몰드 프레임을 포함한다. 이 중, 액정 표시 패널은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 형성된 어레이 기판, 컬러 필터(Color Filter, CF)가 형성된 컬러 필터 기판 및 이들 사이에 개재되는 액정을 포함하고, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이의 전계 차에 의하여 액정을 구동, 제어함으로써 화상을 표시한다.
한편, 고해상도의 액정 표시 장치를 제조하기 위하여는 화소 하나의 크기를 작게 형성할 필요가 있다. 일반적으로, 어레이 기판에는 박막 트랜지스터 상에 홀(hole)을 형성하고, 이를 화소 전극과 연결시켜 화소를 형성하는데, 화소 내의 홀의 크기를 줄이는 데에는 한계가 있다. 즉, 고해상도를 구현하기 위하여 화소의 크기를 줄이는 과정에서 홀의 크기는 같이 줄일 수가 없게 되어, 화소 내에서 홀이 차지하는 비율이 커지게 된다.
이에 따라, 화소의 개구율이 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 화소의 크기가 일정 수준보다 작아지는 경우에는 홀이 화소의 크기보다 커지게 되어 화소가 성립되지 않는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개구율의 감소 없이 고해상도를 구현할 수 있는 액정 표시 패널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 고해상도를 구현하면서 VA 모드로 액정 제어가 가능한 액정 표시패널의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널은 기판, 상기 기판 상에서 화소 영역에 위치하는 유지 전극 및 상기 화소 영역의 주위에 위치하고, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 격자 형태로 형성되며, 상기 유지 전극과 연결되는 불투명 배선을 포함한다. 또한, 제1 절연막을 사이에 두고 상기 투명 전극 및 상기 불투명 배선과 절연되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 게이트 배선, 제2 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 배선과 절연되며, 상기 제2 방향으로 연장되는 데이터 배선, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되는 박막 트랜지스터, 및 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소전극을 포함한다. 이 때, 상기 유지 전극은 투명 도전성 물질을 포함하고, 상기 불투명 배선은 상기 투명 도전성 물질보다 전기 저항이 낮은 도전성 물질을 포함한다.
상기 불투명 배선은 흑색으로 형성될 수 있다.
상기 불투명 배선은 몰리브데넘(molybdenum)을 포함할 수 있고, 상기 유지 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함할 수 있다.
상기 유지 전극은 상기 데이터 배선의 경로 상에서 서로 중첩되지 않는 부분을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널은 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 제1 돌기 패턴 및 상기 화소 영역의 중앙부에서 상기 제2 절연막 상에 형성되는 제2 돌기 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 돌기 패턴은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극의 일부분을 노출시키고, 상기 화소 전극은 상기 드레인 전극과 직접 접촉할 수 있다.
상기 화소 전극은 상기 제2 돌기 패턴을 덮도록 형성될 수 있다.
상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은 유기막 또는 무기막의 단일막으로 형성되거나, 유기막과 무기막의 이중막으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널은 상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극 및 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 개재되는 액정층을 더 포함할 수 있고, 상기 액정층은 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 제조 방법은 제1 기판 상의 화소 영역에 유지 전극을 형성하고, 상기 유지 전극과 동일층에서 상기 화소 영역을 둘러싸도록 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되어 격자 형태를 갖는 불투명 배선을 형성하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 유지 전극 및 상기 불투명 배선을 덮도록 제1 절연막을 형성하고, 상기 제1 절연막 상에서 상기 제1 방향을 따라 연장되는 게이트 배선을 형성하고, 상기 게이트 배선을 덮도록 제2 절연막을 형성하고, 상기 제2 절연막 상에서 상기 제2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선을 형성하며, 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되는 박막 트랜지스터를 형성하고, 상기 제2 절연막 상에서 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 유지 전극은 투명 도전성 물질을 포함하고, 상기 불투명 배선은 상기 투명 도전성 물질보다 전기 저항이 낮은 불투명 도전성 물질을 포함한다.
상기 불투명 배선은 흑색으로 형성할 수 있다.
상기 불투명 배선은 몰리브데넘을 포함할 수 있고, 상기 유지 전극은 ITO 또는 IZO를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 제조 방법에서, 화소 전극을 형성하기 이전에, 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 제1 돌기 패턴을 형성하고, 상기 화소 영역의 중앙부에서 상기 제2 절연막 상에 제2 돌기 패턴을 형성할 수 있다.
상기 제1 돌기 패턴은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키도록 형성할 수 있다.
상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 제2 절연막을 덮도록 유기막 또는 무기막을 포함하는 보호막을 적층한 후 상기 보호막을 제거하는 방식으로 형성할 수 있다.
상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은 유기막과 무기막의 이중막으로 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 제조 방법은 제2 기판 상에 공통전극을 형성한 후 상기 제2 기판을 상기 제1 기판과 합착시키고, 상기 제1 기판의 상기 화소 전극과 상기 제2 기판의 상기 공통 전극 사이에 액정을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액정은 반응성 메조겐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 어레이 기판 및 컬러 필터 기판 사이의 합착 마진을 줄여 개구율을 향상시킬 수 있다.
또한, 돌기 패턴을 통하여 VA 모드로 액정을 제어할 수 있게 된다.
또한, 화소의 크기를 작게 형성하여 고해상도의 액정 표시 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 어레이 기판을 하나의 화소 영역을 중심으로 확대하여 나타낸 평면 배치도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절취한 액정 표시 패널의 어레이 기판을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 액정 표시 패널의 어레이 기판을 나타낸 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정에 전계를 인가하기 전후의 액정 표시 패널의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 어레이 기판의 제조 공정을 화소 영역을 중심으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 즉, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대, 과장하여 나타내었다. 한편, 층, 막 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 어레이 기판을 하나의 화소 영역을 중심으로 확대하여 나타낸 평면 배치도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 및 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 액정 표시 패널의 어레이 기판을 나타낸 단면도로서, 이하에서는 이들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 기판 및 이를 포함하는 액정 표시 패널에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 패널의 어레이 기판(100)은 유지 전극(110) 및 불투명 배선(120)을 포함하는 유지 전압선, 게이트 배선(130), 게이트 배선(130)과 연결되는 게이트 전극(131), 액티브층(140), 데이터 배선(150), 데이터 배선(150)과 연결되는 소스 전극(151) 및 이와 이격된 드레인 전극(152), 및 드레인 전극(152)과 접촉하는 화소 전극(170)을 포함한다.
액정 표시 패널은 이미지를 구현하는 적(red, R), 녹(green, G), 청(blue, B)색의 화소를 포함하는데, 본 명세서에서는 각 화소에 대응하는 어레이 기판 상의 영역을 화소 영역이라고 정의한다.
유지 전압선은 절연 기판(101) 상에 형성되는데, 유지 전극(110)은 화소 영역에 대응하여 형성되고, 불투명 배선(120)은 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향을 따라 연장되는 격자 형태로 형성되어, 각 화소 영역의 주위를 둘러싸도록 형성된다. 불투명 배선(120)은 불투명 저저항 도전성 물질로 형성되고, 유지 전극(110)과 연결되어 유지 전극(110)에 유지 전압을 인가하여 신호를 전달한다. 유지 전극(110)은 투명 도전성 물질로 형성되는데, 투명 도전성 물질은 불투명 도전성 물질과 비교하여 상대적으로 높은 전기 저항을 갖기 때문에, 투명 도전성 물질을 배선으로 사용하여 직접 유지 전압을 인가하는 경우에는 고저항에 따른 신호 지연의 문제가 발생할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 실시예에서는 유지 전압을 인가하기 위한 배선으로 투명 도전성 물질을 사용하는 대신에, 불투명 저저항 도전성 물질을 포함하는 불투명 배선(120)을 유지 전극(110)과 직접 접촉시키고 이에 공통 전압을 인가함으로써, 높은 전기 저항으로 인한 신호 지연 문제를 해소한다. 그리고, 유지 전극(110)은 후술할 화소 전극(170)과 커패시터(capacitor)를 형성하는데, 유지 전극(110)을 화소 영역에 넓게 형성함으로써 커패시터의 용량을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 유지 전극(110)은 화소 영역에 대응하여 형성되는 반면에, 불투명 배선(120)은 화소 영역의 주위를 따라 형성됨으로써, 불투명 배선(120)에 의한 개구율 감소를 억제할 수 있다. 이와 같이, 어레이 기판(100) 상에서 화소 영역의 주위를 따라 형성된 불투명 배선(120)은 금속으로 형성될 수 있고, 흑색을 띠도록 형성함으로써 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM)의 역할을 할 수 있어, 액정 표시 패널에서 어레이 기판(100)에 대향하는 컬러 필터 기판 상에 별도의 블랙 매트릭스를 형성할 필요가 없게 된다.
한편, 본 실시예에서는 불투명 배선(120) 및 유지 전극(110)이 각각 몰리브데넘(molybdenum) 및 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 "ITO"라 함)을 포함하는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 이들의 재질은 당업자에 의하여 다양하게 변경될 수 있다.
유지 전극(110) 및 불투명 배선(120)을 포함하는 유지 전압선 상에는 제1 절연막(103)이 덮여 있고, 제1 절연막(103) 상에서 유지 전극(110) 및 불투명 배선(120)에 대응하는 위치에 게이트 배선(130)이 형성된다. 즉, 게이트 배선(130)은, 도 1을 기준으로 화소 영역의 하부에 형성되고, 제1 방향(x축 방향)을 따라 연장된다. 게이트 배선(130)에는 화소 영역을 향하여 돌출된 게이트 전극(131)이 연결되어 있고, 게이트 배선(130)을 통하여 게이트 신호가 전달된다.
게이트 배선(130) 및 게이트 전극(131) 상에는 제2 절연막(105)이 형성되고, 제2 절연막(105) 상에서 게이트 전극(131)에 대응되는 위치에 액티브층(140)이 형성된다. 본 실시예에서는 액티브층(140)이 다결정 실리콘(polysilicon)으로 형성되지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 절연막(105) 상에는 불투명 배선(120)에 대응하는 위치에 데이터 배선(150)이 형성된다. 데이터 배선(150)은, 도 1을 기준으로 화소 영역의 좌측에 형성되고, 게이트 배선(130)과 교차하도록 제2 방향(y축 방향)을 따라 연장된다. 데이터 배선(150)에는 화소 영역을 향하여 돌출된 소스 전극(151)이 연결되어 있고, 이러한 소스 전극(151)과 이격되어 드레인 전극(152)이 형성되며, 데이터 배선(150)을 통하여 데이터 신호가 전달된다. 도 2를 참조하면, 소스 전극(151) 및 드레인 전극(152)은 액티브층(140) 상에 형성되어, 게이트 전극(131) 및 액티브층(140)과 함께 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 형성한다.
한편, 데이터 배선(150)은 게이트 배선(130)과 달리 유지 전극(110)과 중첩되지 않도록 형성되는데, 이는 유지 전극(110)과 데이터 배선(150) 사이에 불필요한 커패시터가 형성되는 것을 방지하기 위함이다. 데이터 배선(150)에는, 게이트 배선(130)과 달리, 데이터 신호를 전달하는 과정에서 지속적으로 미세한 전압의 변화가 발생하게 된다. 이에 따라, 데이터 배선(150)과 유지 전극(110) 사이에 커패시터가 형성되는 경우에는, 전체 임피던스(impedance)가 증가하여 데이터 신호 전달이 지연될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 데이터 배선(150)과 유지 전극(110)이 중첩되지 않도록 구성하여, 데이터 신호가 지연되는 것을 방지한다.
본 실시예에 따른 어레이 기판(100)은 돌기 패턴(160)을 더 포함한다. 돌기 패턴(160)은 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 돌기 패턴(161)과 화소 영역의 중앙부에 형성된 제2 돌기 패턴(162)을 포함하고, 화소 전극(170)은 화소 영역에서 제2 절연막(105)과 제2 돌기 패턴(162) 상에 형성된다.
도 2를 참조하면, 제1 돌기 패턴(161)은 소스 전극(151)과 액티브층(140)의 전체를 덮도록 형성되며, 드레인 전극(152)의 일부분은 노출시켜 화소 전극(170)과 직접 접촉할 수 있도록 형성된다. 이와 같이 제1 돌기 패턴(161)이 박막 트랜지스터 상에 형성됨으로써 액티브층(140) 등을 보호하는 보호막의 역할을 할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 제2 돌기 패턴(162)은 화소 영역의 중앙부에서 제2 절연막(105) 상에 형성된다. 이러한 제2 돌기 패턴(162)을 통해 액정을 제어하게 되는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다. 한편, 본 실시예에서 제1 돌기 패턴(161) 및 제2 돌기 패턴(162)은 무기막(161a, 162a)과 유기막(161b, 162b)의 이중막 구조로 형성되는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 돌기 패턴(161) 및 제2 돌기 패턴(162)은 각각 무기막 또는 유기막의 단일막 구조로 형성될 수도 있다.
일반적으로, 화소 전극은 박막 트랜지스터 전체를 덮는 보호막에 비아홀(via-hole)을 형성하여 이를 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 구조로 형성된다. 이와 같은 구조에서는, 전술한 바와 같이, 고해상도를 구현하기 위하여 화소의 크기가 작아지는 경우 상대적으로 비아홀이 차지하는 영역은 커지게 되고, 이에 따라 개구율이 저하된다. 나아가, 비아홀이 화소보다 크게 되어 화소 자체가 성립되지 않는 경우도 발생할 수 있게 된다.
하지만, 본 실시예에서는 보호막 상에 비아홀을 형성하는 대신에, 박막 트랜지스터 상과 화소 영역의 중앙부에만 돌기 패턴(160)을 형성하기 때문에, 비아홀의 크기를 작게 형성할 수 없어 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 보호막을 화소 영역 전반에 걸쳐 형성하지 않음으로써 보호막에 의한 개구율 저하 역시 억제할 수 있게 된다. 또한, 박막 트랜지스터의 드레인 전극(152)을 화소 전극(170)과 직접 접촉할 수 있어, 액정 구동을 위한 전계 인가가 가능하게 된다.
상기와 같이, 본 실시예에서와 같이 액정 표시 패널의 어레이 기판(100)에서 화소 영역의 주위를 따라 격자 형태로 불투명 배선(120)을 형성함으로써 유지 전압의 신호가 지연되는 것을 억제할 수 있고, 불투명 배선(120)이 블랙 매트릭스의 역할을 하여 컬러 필터 기판에 별도의 블랙 매트릭스를 형성할 필요가 없게 된다. 이에 따라, 어레이 기판(100) 및 컬러 필터 기판 사이의 합착 마진을 줄일 수 있게 되어 개구율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 액정 표시 패널의 어레이 기판(100)에 화소 영역 전반에 형성되는 보호막 대신에 박막 트랜지스터 상과 화소 영역의 중앙부에 돌기 패턴(160)을 형성함으로써 하나의 화소의 크기를 작게 형성할 수 있게 되고, 이에 따라 고해상도를 구현할 수 있게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정에 전계를 인가하기 전후의 액정 표시 패널의 단면을 개략적으로 나타낸 도면으로, 이하에서는 이들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에서 이미지를 구현하기 위한 액정 구동에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널은 어레이 기판(100), 어레이 기판(100)과 대향하는 컬러 필터 기판(200) 및 어레이 기판(100)과 컬러 필터 기판(200) 사이에 게재되는 액정층(300)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 어레이 기판(100)에는 박막 트랜지스터가 형성되고, 화소 영역의 중앙부에 제2 돌기 패턴(162)이 형성된다. 컬러 필터 기판(200)에는 컬러 필터(미도시) 및 공통 전극(미도시)이 형성된다.
어레이 기판(100)과 컬러 필터 기판(200) 사이에 전계를 인가하기 전의 액정층(300)은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(100)과 컬러 필터 기판(200) 사이에서 수직 배향되는 VA(Vertical Alignment) 모드로 형성된다. 어레이 기판(100)의 화소 전극에 전압을 인가하여 액정층(300)에 전계를 인가하는 경우에는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 돌기 패턴(161) 주위에 싱귤러 포인트(singular point)가 형성되고, 이를 중심으로 액정이 수평 배향된다. 이와 같이, 본 실시예에서는 어레이 기판(100)에 제2 돌기 패턴(162)을 형성함으로써 이를 통해 액정을 제어할 수 있다.
한편, 액정을 보다 효과적으로 제어하기 위하여 본 실시예에서는 액정이 반응성 메조겐(reactive mesogen)(미도시)을 포함한다. 구체적으로는, 전계를 인가하지 않은 상태에서 반응성 메조겐을 포함하는 액정에 자외선을 노광시키면, 반응성 메조겐은 전극에 작은 돌기 형태로 붙어 액정이 수직 상태를 유지할 수 있도록 도와준다.
이와 같이, 어레이 기판(100) 상에 제2 돌기 패턴(162)을 형성함으로써 제2 돌기 패턴(162) 주위로 싱귤러 포인트를 형성하여 액정을 제어할 수 있고, 액정에 반응성 메조겐을 포함함으로써 액정이 VA 모드로 구현될 수 있게 된다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널의 어레이 기판의 제조 공정을 화소 영역을 중심으로 나타낸 도면으로, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 패널 및 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 5a를 참조하면, 우선 절연 기판 상에 유지 전극(110)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 데이터 배선(150)과 유지 전극(110) 사이에 불필요한 커패시터가 형성되는 것을 방지하기 위하여, 하나의 화소 영역 내에서 유지 전극(110)은 "I"자 형상으로 형성된다. 또한, 본 실시예에서 유지 전극(110)은 ITO를 포함한다. 하지만, 이들 유지 전극(110)의 형상 및 재질은 예시적인 것으로서, 당업자에 의하여 다양한 변경이 가능할 것이다. 즉, 유지 전극이 화소 영역 전체를 덮도록 형성될 수도 있고, 인듐-아연 산화물(Indium Zinc Oxide, 이하 "IZO"라 함) 등의 투명 도전성 물질로 형성될 수도 있다. 한편, 도 5a는 하나의 화소 영역을 도시한 것으로서, 유지 전극(110)은 인접한 다른 화소 영역과 연결되어 형성된다.
도 5b를 참조하면, 유지 전극(110)을 형성한 후 화소 영역의 주위를 따라 불투명 배선(120)을 형성한다. 불투명 배선(120)은 하나의 화소를 기준으로 할 때 화소 영역의 주위를 따라 형성되나, 어레이 기판 전체를 보면 격자 형태로 형성되어 유지 전극(110)에 유지 전압을 인가한다. 구체적으로, 도 5b를 기준으로 상부 및 하부에서 유지 전극(110)과 접촉하여 유지 전압을 인가하게 되고, 상대적으로 전기 저항이 작은 물질로 형성되어 신호 지연을 억제할 수 있게 된다. 본 실시예에서 불투명 배선(120)은 몰리브데넘을 포함하나, 전술한 바와 같이, 불투명 배선(120)은 몰리브데넘 이외에도 다양한 불투명 저저항 도전성 물질을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 불투명 배선(120)은 금속 전극으로 이루어질 수 있고, 흑색을 띠도록 형성되어 블랙 매트릭스의 역할을 할 수 있어, 이와 같은 구성에 의하여 액정 표시 패널의 컬러 필터 기판에 별도의 블랙 매트릭스를 형성할 필요가 없게 된다.
도 5c를 참조하면, 유지 전극(110)과 불투명 배선(120) 상에 제1 절연막을 형성한 후, 상부 및 하부의 불투명 배선(120)과 대응되도록 게이트 배선(130) 및 게이트 배선(130)과 연결되고 화소 영역 내로 돌출되는 게이트 전극(131)을 형성한다. 이 후, 게이트 배선(130) 및 게이트 전극(131) 상에 제2 절연막을 형성하고, 도 5d에 도시한 바와 같이 게이트 전극(131)에 대응하는 위치에 액티브층(140)을 형성한다. 본 실시예에서 액티브층(140)은 다결정 실리콘으로 형성하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5e를 참조하면, 좌측부 및 우측부의 불투명 배선(120)과 대응되도록 데이터 배선(150)을 형성하고, 이와 함께 데이터 배선(150)과 연결되고 액티브층(140)의 일측으로 연장되도록 소스 전극(151)을 형성하고, 소스 전극(151)과 이격되어 액티브층(140)의 타측으로 연장되도록 드레인 전극(152)을 형성한다. 게이트 전극(131), 액티브층(140), 소스 전극(151) 및 드레인 전극(152)은 박막 트랜지스터를 형성하여 화소 전극(170)에 구동 전압을 인가하게 된다.
도 5f를 참조하면, 박막 트랜지스터 상과 화소 영역의 중앙부에 각각 제1 돌기 패턴(161) 및 제2 돌기 패턴(162)을 포함하는 돌기 패턴(160)을 형성한다. 본 실시예에서 돌기 패턴(160)은 화소 영역 전체에 무기막과 유기막의 이중 구조로 보호막을 적층한 후 돌기 패턴(160)만을 남기고 이를 제거하는 방법으로 형성한다. 즉, 화소 영역의 상부 및 하부 또는 좌측부 및 우측부의 양쪽에서 보호막을 점차적으로 제거하고, 이를 화소 영역의 중앙부 및 박막 트랜지스터 상에만 일정한 패턴이 남길 때까지 반복한다. 이 때, 제1 돌기 패턴(161)을 형성할 때에는 드레인 전극(152)의 일부를 노출시켜, 화소 전극(170)과 직접 접촉이 가능하도록 한다. 한편, 돌기 패턴(160)을 형성하기 위한 보호막은 무기막 또는 유기막의 단일막 구조로 적층할 수도 있다.
도 5g를 참조하면, 제2 절연막 및 제2 돌기 패턴(162) 상에 화소 전극(170)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 화소 전극(170)은 드레인 전극(152)과 직접 접촉하여 구동 전압을 인가받게 된다. 본 실시예에서 화소 전극(170)은 ITO를 포함하지만, 화소 전극(170)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니고, 인듐-아연 산화물 등 다양한 투명 도전성 물질로 형성할 수 있을 것이다.
상기와 같은 과정을 통해 블랙 매트릭스의 역할을 하는 불투명 배선(120) 및 액정의 제어를 위한 제2 돌기 패턴(162)을 포함하는 어레이 기판을 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 어레이 기판에, 이에 대항하고 컬러 필터 및 공통 전극을 포함하는 컬러 필터 기판을 접합시키고, 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 액정층을 주입하여 액정 표시 패널을 제조하게 된다. 이 때, 본 실시예에서는 VA 모드로 액정을 효과적으로 제어할 수 있도록, 액정에 반응성 메조겐을 포함하여 형성한다.
전술한 바와 같이, 어레이 기판에 블랙 매트릭스의 역할을 하는 불투명 배선(120)을 형성함으로써, 컬러 필터 기판에는 별도의 블랙 매트릭스를 형성할 필요가 없게 되고, 이에 따라 어레이 기판 및 컬러 필터 기판 사이의 합착 마진을 줄일 수 있어 개구율을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 불투명 배선(120)을 화소 영역의 주위에 형성함으로써 신호 지연 문제를 억제함과 동시에 개구율을 확보할 수 있게 된다. 또한, 화소 영역의 중앙부에 제2 돌기 패턴(162)을 형성하여 이를 통해 액정을 제어할 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였지만, 본 발명이 이 실시예에 한정되지는 않는다. 이와 같이 본 발명의 범위는 다음에 기재하는 특허청구범위의 기재에 의하여 결정되는 것으로, 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 어레이 기판 101: 절연 기판
103: 절연막 105: 게이트 절연막
110: 유지 전극 120: 불투명 배선
130: 게이트 배선 131: 게이트 전극
140: 액티브층 150: 데이터 배선
151: 소스 전극 152: 드레인 전극
160: 돌기 패턴 161: 제1 돌기 패턴
162: 제2 돌기 패턴 170: 화소 전극
200: 컬러 필터 기판 300: 액정층

Claims (21)

  1. 기판;
    상기 기판 상에서 화소 영역에 위치하는 유지 전극;
    상기 화소 영역의 주위에 위치하고, 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되는 격자 형태로 형성되며, 상기 유지 전극과 연결되는 불투명 배선;
    제1 절연막을 사이에 두고 상기 투명 전극 및 상기 불투명 배선과 절연되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 게이트 배선;
    제2 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 배선과 절연되며, 상기 제2 방향으로 연장되는 데이터 배선;
    상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되는 박막 트랜지스터; 및
    상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소전극;
    을 포함하고,
    상기 유지 전극은 투명 도전성 물질을 포함하고, 상기 불투명 배선은 상기 투명 도전성 물질보다 전기 저항이 낮은 도전성 물질을 포함하는, 액정 표시 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 배선은 흑색으로 형성되는, 액정 표시 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 배선은 몰리브데넘(molybdenum)을 포함하는, 액정 표시 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유지 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함하는, 액정 표시 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유지 전극은 상기 데이터 배선의 경로 상에서 서로 중첩되지 않는 부분을 갖는, 액정 표시 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터를 덮도록 형성된 제1 돌기 패턴; 및
    상기 화소 영역의 중앙부에서 상기 제2 절연막 상에 형성되는 제2 돌기 패턴을 더 포함하는 액정 표시 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 돌기 패턴은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극의 일부분을 노출시키고, 상기 화소 전극은 상기 드레인 전극과 직접 접촉하는, 액정 표시 패널.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 제2 돌기 패턴을 덮도록 형성되는, 액정 표시 패널.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은 유기막 또는 무기막의 단일막으로 형성되는, 액정 표시 패널.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은 유기막과 무기막의 이중막으로 형성되는, 액정 표시 패널.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극; 및
    상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 개재되는 액정층을 더 포함하고,
    상기 액정층은 반응성 메조겐(reactive mesogen)을 포함하는, 액정 표시 패널.
  12. 제1 기판 상의 화소 영역에 유지 전극을 형성하고,
    상기 유지 전극과 동일층에서 상기 화소 영역을 둘러싸도록 제1 방향 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장되어 격자 형태를 갖는 불투명 배선을 형성하고,
    상기 유지 전극 및 상기 불투명 배선을 덮도록 제1 절연막을 형성하고, 상기 제1 절연막 상에서 상기 제1 방향을 따라 연장되는 게이트 배선을 형성하고,
    상기 게이트 배선을 덮도록 제2 절연막을 형성하고, 상기 제2 절연막 상에서 상기 제2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선을 형성하고,
    상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결되는 박막 트랜지스터를 형성하고,
    상기 제2 절연막 상에서 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 유지 전극은 투명 도전성 물질을 포함하고, 상기 불투명 배선은 상기 투명 도전성 물질보다 전기 저항이 낮은 불투명 도전성 물질을 포함하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 불투명 배선은 흑색으로 형성하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 불투명 배선은 몰리브데넘을 포함하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 유지 전극은 ITO 또는 IZO를 포함하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    화소 전극을 형성하기 이전에, 상기 박막 트랜지스터를 덮도록 제1 돌기 패턴을 형성하고, 상기 화소 영역의 중앙부에서 상기 제2 절연막 상에 제2 돌기 패턴을 형성하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 돌기 패턴은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키도록 형성하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 제2 절연막을 덮도록 유기막 또는 무기막을 포함하는 보호막을 적층한 후 상기 보호막을 제거하는 방식으로 형성하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 돌기 패턴 및 상기 제2 돌기 패턴은 유기막과 무기막의 이중막으로 형성하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    제2 기판 상에 공통전극을 형성한 후 상기 제2 기판을 상기 제1 기판과 합착시키고,
    상기 제1 기판의 상기 화소 전극과 상기 제2 기판의 상기 공통 전극 사이에 액정을 주입하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 패널의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 액정은 반응성 메조겐을 포함하는, 액정 표시 패널의 제조 방법.
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